Structure et matériaux des synapses transparentes et flexibles. a) Illustration des structures identiques de bio-synapse et de synapse artificielle. Les deux électrodes et la couche fonctionnelle correspondent à la pré-synapse, post-synapse, et fente synaptique, respectivement. b) Schéma du dispositif synaptique artificiel flexible et transparent ITO/PEDOT:PSS/ITO. c) Top et d) images SEM en coupe transversale du film PEDOT:PSS sur le substrat Si. L'épaisseur du film était de 42,18 nm. e) Structure schématique et f) Spectres Raman de PEDOT:PSS. g) Spectre de transmittance du PET/ITO, PET/ITO/PEDOT : PSS, et les structures PET/ITO/PEDOT:PSS/ITO. h) Image AFM (2x2 µm2) du film PEDOT:PSS sur le substrat PET/ITO. La rugosité moyenne quadratique moyenne (Rq) était de 1,99 nm. Crédit :Wang et al.
La plupart des systèmes d'intelligence artificielle (IA) tentent de reproduire les mécanismes et comportements biologiques observés dans la nature. Un exemple clé en est les synapses électroniques (e-synapses), qui tentent de reproduire des jonctions entre cellules nerveuses permettant la transmission de signaux électriques ou chimiques vers des cellules cibles du corps humain, connu sous le nom de synapses.
Au cours des dernières années, les chercheurs ont simulé des fonctions synaptiques polyvalentes à l'aide de dispositifs physiques uniques. Ces appareils pourraient bientôt permettre des capacités avancées d'apprentissage et de mémoire dans les machines, imiter les fonctions du cerveau humain.
Des études récentes ont proposé des des dispositifs électroniques transparents et même biocompatibles pour la reconnaissance de formes, qui pourrait ouvrir la voie à une nouvelle génération de systèmes synaptiques portables et implantables. Ces e-synapses "invisibles", cependant, présentent un inconvénient notable :ils se dissolvent facilement dans l'eau ou dans des solutions organiques, ce qui est loin d'être idéal pour les applications portables.
Pour surmonter cette limite, des chercheurs de l'Université Fudan à Shanghai ont entrepris de développer une nouvelle écurie, synapse flexible et étanche adaptée aux applications dans les environnements organiques. Leur étude, décrit dans un article publié dans la Royal Society of Chemistry's Horizons à l'échelle nanométrique journal, présente un nouveau dispositif électronique entièrement transparent qui émule les comportements synaptiques essentiels, telles que la facilitation par impulsions appariées (PPF), les processus de potentialisation/dépression à long terme (LTP/LTD) et d'apprentissage-oubli-réapprentissage.
"Dans le travail present, une synapse artificielle stable et étanche basée sur un dispositif électronique entièrement transparent, adapté aux applications portables dans un environnement organique, est pour la première fois démontré, ", ont écrit les chercheurs dans leur article.
Le souple, dispositif entièrement transparent et étanche développé par les chercheurs a jusqu'à présent obtenu des résultats remarquables, avec une transmittance optique d'environ 87,5% dans le domaine de la lumière visible. Il était également capable de répliquer de manière fiable les processus LTP/LTD dans des états courbés. LTP/LTD sont deux processus affectant la plasticité synaptique, qui entraînent respectivement une augmentation et une diminution de la force synaptique.
Les chercheurs ont testé leurs synapses en les immergeant dans de l'eau et dans cinq solvants organiques courants pendant plus de 12 heures. Ils ont constaté qu'ils fonctionnaient avec 6 000 pointes sans dégradation notable. Les chercheurs ont également utilisé leurs e-synapses pour développer un cadre de simulation au niveau appareil-à-système, qui a atteint une précision de reconnaissance des chiffres manuscrits de 92,4 %.
"L'appareil a démontré une excellente transparence de 87,5% à une longueur d'onde de 550 nm et une flexibilité à un rayon de 5 mm, " les chercheurs ont écrit dans leur article. " Caractéristiques typiques de plasticité synaptique, dont EPSC/IPSC, PPF et processus d'apprentissage-oubli-réapprentissage, ont été imités. Par ailleurs, l'e-synapse a présenté des comportements LTP/LTD fiables aux états plats et courbés, même après avoir été immergé dans de l'eau et des solvants organiques pendant plus de 12 heures."
Le dispositif proposé par cette équipe de chercheurs est le premier e-synapse "invisible" et étanche pouvant fonctionner de manière fiable dans des environnements organiques sans aucun dommage ni détérioration. À l'avenir, cela pourrait aider au développement de nouveaux systèmes neuromorphiques fiables inspirés du cerveau, y compris les dispositifs portables et implantables.
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